A conversão de áreas de cultivo de cebola no sistema de preparo convencional do solo (SPC) para o sistema de plantio direto (SPD) com o uso de plantas de cobertura do solo aumenta os teores de carbono (C) e nitrogênio (N) no solo. Este trabalho avaliou os efeitos de diferentes combinações de espécies vegetais na sucessão ou rotação de culturas para o cultivo de cebola no SPD e SPC sobre os teores e estoques de C e N totais e C e N das frações húmicas e granulométricas da matéria orgânica do solo (MOS). Coletaram-se amostras indeformadas e deformadas de solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-30 cm, dos tratamentos: T1-SPD – sucessão milho/cebola, T2- SPD-rotação comercial e cebola bienal, T3- SPD-milho e cebola anual, T4-SPD- milho-mucuna e cebola anual, T5-SPD-gramíneas de cobertura e cebola anual, T6- leguminosas de cobertura e cebola anual, T7- SPC-sucessão milho/cebola, T8-SPD-consórcio de cobertura e cebola anual. Foram avaliados a densidade do solo (DS), os teores e estoques de C e N total (COT / NT) e os teores de C e N particulados (COP e NP), associados aos minerais (COAM e NAM) e as substâncais húmicas (ácido fúlvico, húmico e humina). Os tratamentos T1 e T7 possuem menores teores e estoques de C e N, assim como maiores valores de DS (0-5 cm) em comparação aos demais. A ausência de plantas de cobertura no T1 desfavoreceu o C das substâncias não-húmicas, C da fração ácidos fúlvicos e COAM em comparação aos demais tratamentos em SPD. O SPC-T7 diminuiu os teores de COP e NP em comparação aos tratamentos em SPD (0-5 cm). A maior diversidade e combinações de espécies vegetais em T2, T3, T4, T5, T6 e T8 resulta em maiores teores de COAM e NAM quando comparados ao T1 e T7 para 0-5 cm. O T8 produziu 4,38 Mg ha-1 a mais de cebola que o T7. O cultivo de cebola no SPD, associado ao uso de plantas de cobertura, se mostrou mais eficiente em elevar os teores C e N totais e das frações húmicas e granulométricas da MOS quando comparado ao SPC.